package Algorithm.Dijkstra;

import java.util.Arrays;

/**
 * 迪杰斯特拉(Dijkstra)算法是典型最短路径算法，用于计算一个节点到其他节点的最短路径。
 * 它的主要特点是以起始点为中心向外层层扩展(广度优先搜索思想)，直到扩展到终点为止。
 */

public class DijkstraAlgorithm {
    public static void main(String[] args) {
        char[] vertex = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        //邻接矩阵
        int[][] matrix = new int[vertex.length][vertex.length];
        //表示不可连接
        final int N = 65535;
        //填充邻接矩阵
        matrix[0] = new int[]{N, 5, 7, N, N, N, 2};
        matrix[1] = new int[]{5, N, N, 9, N, N, 3};
        matrix[2] = new int[]{7, N, N, N, 8, N, N};
        matrix[3] = new int[]{N, 9, N, N, N, 4, N};
        matrix[4] = new int[]{N, N, 8, N, N, 5, 4};
        matrix[5] = new int[]{N, N, N, 4, 5, N, 6};
        matrix[6] = new int[]{2, 3, N, N, 4, 6, N};

        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(vertex, matrix);
        //测试 看看图对不对
        graph.showGraph();
        graph.dsj(6);
        graph.showDijkstra();
    }
}

class Graph {
    //顶点数组
    private char[] vertex;
    //邻接矩阵
    private int[][] matrix;
    //表示已经访问的顶点的集合
    private VisitedVertex vv;

    //构造器
    public Graph(char[] vertex, int[][] matrix) {
        this.vertex = vertex;
        this.matrix = matrix;
    }

    //显示最后结果
    public void showDijkstra() {
        vv.show();
    }

    //显示图的方法
    public void showGraph() {
        for (int[] link : matrix) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    //迪杰斯特拉算法
    /**
     *
     * @param index 表示出发顶点对应的下标
     */
    public void dsj(int index) {
        vv = new VisitedVertex(vertex.length, index);
        //更新index顶点到周围顶点的距离和前驱顶点
        update(index);

        for (int j = 1 ; j < vertex.length ; j++) {//因为有一个顶点被访问过了 故从1开始找
            //选择并返回新的访问顶点
            index = vv.updateArr();
            update(index);
        }
    }

    //更新index下标顶点到周围顶点的距离和周围顶点的前驱顶点
    private void update(int index) {
        int len = 0;
        //根据遍历我们的邻接矩阵的 matrix[index]这一行
        for (int j = 0 ; j < matrix[index].length ; j++) {
            //len含义是出发顶点到index顶点的距离 + 从index顶点到j顶点的距离的和
            len = vv.getDis(index) + matrix[index][j];
            //如果j顶点没有被访问过 并且len小于出发顶点到j顶点的距离 就需要更新
            if (!vv.in(j) && len < vv.getDis(j)) {
                //更新j顶点的前驱为index顶点
                vv.updatePre(j, index);
                //更新出发顶点到j顶点的距离
                vv.updateDis(j, len);
            }
        }
    }
}

class VisitedVertex {
    //记录各个顶点是否访问过 1表示访问过 0未访问 会动态更新
    public int[] already_arr;
    //每个下标对应的值的前一个顶点的下标
    public int[] pre_visited;
    //记录出发顶点到其他所有顶点的距离 比如G为出发顶点 就会记录G到其他顶点的距离 会动更新 求的最短距离就会存放到dis
    public int[] dis;

    //构造器
    /**
     *
     * @param length 表示顶点的个数
     * @param index 出发顶点对应的下标
     */
    public VisitedVertex(int length, int index) {
        this.already_arr = new int[length];
        this.pre_visited = new int[length];
        this.dis = new int[length];
        //初始化dis数组
        Arrays.fill(dis, 65535);
        //设置出发顶点被访问过
        this.already_arr[index] = 1;
        //设置出发顶点的访问距离为0
        this.dis[index] = 0;
    }

    /**
     * 判断index顶点是否被访问过
     * @param index
     * @return 如果访问过 返回true 否则返回false
     */
    public boolean in(int index) {
        return already_arr[index] == 1;
    }

    /**
     * 更新出发顶点到index顶点的距离
     * @param index
     * @param len
     */
    public void updateDis(int index, int len) {
        dis[index] = len;
    }

    /**
     * 更新pre顶点的前驱顶点为index顶点
     * @param pre
     * @param index
     */
    public void updatePre(int pre, int index) {
        pre_visited[pre] = index;
    }

    /**
     * 返回出发顶点到index顶点的距离
     * @param index
     * @return
     */
    public int getDis(int index) {
        return dis[index];
    }

    //继续选择并返回新的访问顶点 比如这里的G 访问完后 就是A点作为新的访问顶点(注意不是出发顶点)
    public int updateArr() {
        int min = 65535, index = 0;
        for (int i = 0 ; i < already_arr.length ; i++) {
            if (already_arr[i] == 0 && dis[i] < min) {
                min = dis[i];
                index = i;
            }
        }
        //更新index 顶点被访问过
        already_arr[index] = 1;
        return index;
    }

    //显示最后的结果
    //也即输出三个数组的情况
    public void show() {
        System.out.println("================");
        //输出already_arr
        for (int i : already_arr) {
            System.out.print(i + " ");
        }
        System.out.println();
        //输出pre_visited
        for (int i : pre_visited) {
            System.out.print(i + " ");
        }
        System.out.println();
        //输出dis
        for (int i : dis) {
            System.out.print(i + " ");
        }
        System.out.println();
        //为了好看
        char[] vertex = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        int count = 0;
        for (int i : dis) {
            if (i != 65535) {
                System.out.print(vertex[count] + "(" + i + ")");
            }else {
                System.out.print("N");
            }
        }
    }
}